Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Parasiten im Genom - Ein molekularer Parasit könnte eine wichtige Rolle bei der Evolution des Menschen spielen

19.01.2009
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben die Struktur eines Proteins (L1ORF1p) aufgeklärt, das von einem parasitären genetischen Element codiert wird und für dessen Mobilität essentiell ist.

Dies ermöglicht neue Erkenntnisse über Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Retrotransposons und Retroviren und wahrscheinlich auch über Evolutionsprozesse bei Menschen und Tieren.

Außerdem könnten über den Mechanismus des LINE-1-Retrotransposons in Zukunft gezielt genetische Information in das Erbgut eingeschleust werden. Dies wäre eine Alternative zu den weniger zielgerichteten Methoden, die auf einem retroviralen Mechanismus basieren (PNAS, 20. Januar 2009).

Das so genannte LINE-1-Retrotransposon ist ein mobiles genetisches Element, das sich vermehren und an verschiedenen Stellen in die chromosomale DNA einbauen kann. Dadurch wird der genetische Code an der Integrationsstelle gestört. Dies kann schwerwiegende Konsequenzen für den Organismus haben, führt aber andererseits auch zu genetischer Variation, einer zwingenden Vorraussetzung für die Evolution der Arten. Die Strukturaufklärung des L1ORF1p-Proteins erlaubt es nun, den Mechanismus der LINE-1-Mobilisierung wesentlich genauer zu untersuchen.

Das LINE-1-Retrotransposon ist ein mobiles Gen, das sich in der Evolutionsgeschichte des menschlichen Genoms massiv vermehrt hat. Gegenwärtig besteht ungefähr 17 Prozent unserer DNA aus LINE-1-Sequenzen. Dies ist ein riesiger Anteil, wenn man berücksichtigt, dass unsere etwa 30.000 Proteine von weniger als fünf Prozent der DNA kodiert werden. Das LINE-1-Retrotransposon kann sich nicht nur selbst vermehren und in die chromosomale DNA integrieren, es ist auch für die Integration von ungefähr einer Million Alu-Sequenzen (ein weiteres parasitäres Gen) verantwortlich. Alu-Sequenzen, die nur bei den höheren Primaten auftreten, machen weitere zehn Prozent unseres Genoms aus. Die Eingliederung von LINE-1 und Alu-Elementen ist ein fortdauernder Prozess und es wird geschätzt, dass mehr als jedes zwanzigste Neugeborene mindestens eine neue Integration eines solchen Elementes aufweist.

Als Konsequenz gibt es kaum ein menschliches Gen, welches nicht schon einmal durch die Integration eines LINE-1 oder Alu-Elementes betroffen wurde. "Es ist kaum vorstellbar, dass die massive Integration von LINE-1 und Alu-Sequenzen ohne Auswirkungen auf die Evolution des Menschen blieb. Daher ist es erstaunlich, wie wenig bisher über den Mechanismus der Retrotransposition und über die dabei involvierten Proteine und Nukleinsären bekannt ist", sagte Oliver Weichenrieder vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Die Forscher versuchen nun, die beteiligten Moleküle biochemisch zu charakterisieren und ihre molekularen Strukturen aufzuklären. Auf diese Art schaffen sie die Grundlagen für eine detaillierte Funktionsanalyse und können Ähnlichkeiten zu bereits bekannten Proteinen aufzeigen, insbesondere Ähnlichkeiten, die aufgrund eines simplen Vergleiches der entsprechenden Aminosäuresequenzen nicht offensichtlich sind.

In der nun veröffentlichten Arbeit charakterisieren Elena Khazina und Oliver Weichenrieder eines von zwei Proteinen, die vom LINE-1-Retrotransposon kodiert werden. Dieses sogenannte L1ORF1p-Protein bindet an LINE-1-RNA, die von einem LINE-1-Element in der DNA abgeschrieben wurde. L1ORF1p unterstützt dann wohl das anschließende Rückkopieren der LINE-1-RNA in DNA. Dieser Prozess findet direkt an der Stelle statt, wo sich das neue LINE-1 Element ins Genom integriert. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass das L1ORF1p Protein aus drei Teilen besteht. Der erste Teil führt dazu, dass sich immer drei L1ORF1p Proteine zu einem Trimer zusammenlagern. Die anderen beiden Teile sind für die Bindung an die LINE-1-RNA notwendig. "Besonders überraschend war die Identifizierung einer sogenannten RRM-Domäne im mittleren Teil des Proteins, da bisher angenommen wurde, dass dieser Teil des Proteins eher unstrukturiert ist", sagte Elena Khazina. "Unsere Kristallstruktur weist die Existenz dieser Domäne eindeutig nach. Außerdem haben wir RRM-Domänen inzwischen auch in anderen Retrotransposons in verschiedenen Tier- und Pflanzenarten gefunden", so die Strukturbiologin. RRM-Domänen (RNA Recognition Motif; RNA-Erkennungs-Motiv) kommen in der Zelle häufig vor, hauptsächlich in RNA-bindenden Proteinen. Die Existenz einer RRM-Domäne in L1ORF1p erklärt nun warum das L1ORF1p-Protein an die LINE-1-RNA bindet und wie das im Detail passieren könnte.

Das Wissen um die Struktur des L1ORF1p-Proteins bietet einen neuen Blickwinkel und eine gute Grundlage, um in Zukunft diejenigen zellulären Prozesse zu untersuchen, die das LINE-1-Element für seine eigene Vermehrung ausnützt und rekrutiert, beziehungsweise auch diejenigen Mechanismen, welche die Zelle zur Verfügung hat um die übermäßige Vermehrung von Retrotransposons zu unterbinden.

Originalpublikation
Elena Khazina, Oliver Weichenrieder: Non-LTR retrotransposons encode noncanonical RRM domains in their first open-reading frame. PNAS, 20. Januar 2009, vol. 106 (3), 731-736, doi: 10.1073/pnas0809964106.
Ansprechpartner
Dr. Oliver Weichenrieder
Tel: +49 (0)7071-601-1358
E-Mail: Oliver.Weichenrieder@tuebingen.mpg.de
Dr. Susanne Diederich (Presse- und Öffentlichkeitsabteilung)
Tel: +49 (0)7071-601-333
E-mail: presse@tuebingen.mpg.de
Die Verwendung der Bilder ist im Rahmen der redaktionellen und wissenschaftlichen Berichterstattung über den Inhalt der Presseinformation honorar- und genehmigungsfrei. Jede weitere Nutzung, insbesondere zu werblichen und politischen Zwecken, bedarf der vorherigen Genehmigung. Weitere Informationen hierzu erhalten Sie im Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit unter presse@tuebingen.mpg.de.

Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik sowie Zell- und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 79 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Dr. Susanne Diederich | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://tuebingen.mpg.de
http://www.eb.tuebingen.mpg.de/departments/2-biochemistry/crystallography/retrotransposition-and-regulatory-rnas

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie